خواص ژئوسنتتیک: فیلتراسیون ژئوتکستایل

مقدمه

عملکرد فیلتراسیون ژئوتکستایل این است که اجازه می دهد آب وارد یک محیط زهکشی (مانند شن یا ژئوسنتتیک) شود و در عین حال از ورود ذرات خاک جلوگیری کند. چه از سنگ زهکشی استفاده شود و چه از یک هسته زهکشی پلیمری از پیش ساخته شده، یک فیلتراسیون ژئوتکستایل برای ارائه عملکرد زهکشی برای طول عمر پروژه مورد نیاز است. این یادداشت فنی ویژگی های کلیدی ژئوتکستایل های فیلتراسیون و نحوه عملکرد آنها را مورد بحث قرار می دهد.

اندازه منفذ

همه خاکها دارای طیف وسیعی از اندازه ذرات هستند و توزیع این اندازه ذرات را می توان در آزمایشگاه خاک بدست آورد.

به روشی مشابه، یک ژئوتکستایل غیر بافته دارای درجه بندی منافذ (سوراخ یا شکاف) در ساختار خود است و مقدار O90 را می توان اندازه گیری کرد. 

O90 فیلتر ژئوتکستایل به این معنی است که 90 درصد منافذ درون ژئوتکستایل کوچکتر از مقدار O90 است. به عنوان مثال، O90 ممکن است 120 میکرون (یعنی 0.12 میلی متر) باشد که به این معنی است که 90٪ از منافذ 0.12 میلی متر یا کوچکتر هستند. برای مثال ماسه سیلتی ممکن است دارای ذرات 2 میلی متر تا 2 میکرون باشد. 

این بدان معنی است که برخی از ذرات خاک کوچکتر از منافذ ژئوتکستایل هستند و بنابراین از فیلتراسیون ژئوتکستایل عبور می کنند، در حالی که برخی دیگر حفظ می شوند.

یک ژئوتکستایل را می توان به گونه ای طراحی کرد که با خاک خاصی مطابقت داشته باشد، اما این اغلب ضروری نیست زیرا ژئوتکستایل های غیر بافته به صورت استاندارد برای سازگاری با اکثر خاک ها تولید می شوند. 

با این حال، خاک های دشوار و کاربردهای پیچیده ای وجود دارد که در بخش بعدی مورد بحث قرار می گیرد. توجه داشته باشید که اندازه منافذ باید به صورت محدوده یا حداکثر مقدار مشخص شود.

نفوذپذیری

نفوذپذیری یک ژئوتکستایل باید بیشتر از خاک مجاور باشد. این بدان معنی است که سرعت جریان آب از طریق ژئوتکستایل بیشتر از سرعت جریان آب در خاک است به طوری که ژئوتکستایل به نقطه ای برای حرکت آب از خاک به داخل محیط زهکشی تبدیل نمی شود. 

نفوذپذیری خاک ممکن است برای یک خاک منسجم 1×10-8 متر بر ثانیه یا کمتر و برای ماسه تا 1×10-4 متر بر ثانیه باشد.

یک ژئوتکستایل معمولی غیر بافته دارای جریان آب عمودی در حدود 100 لیتر بر متر مربع در یک سر هیدرولیک 50 میلی متری است که حداقل 1000 برابر بیشتر از خاک های معمولی است.

بنابراین در بیشتر شرایط، ضریب ایمنی برای نفوذپذیری بسیار بالا است، حتی باعث کاهش جزئی در عملکرد جریان ژئوتکستایل در طول زمان می‌شود.

شکل 1: یک ژئوتکستایل تصفیه معمولی غیر بافته

شکستن از طریق رو

برخی از ژئوتکستایل ها یک اثر کشش سطحی را نشان می دهند که از ورود آب به ژئوتکستایل تا رسیدن به فشار کافی جلوگیری می کند. برای برخی از ژئوتکستایل ها، این هد فشار 25-40 میلی متر است که یکی از دلایلی است که نفوذپذیری ژئوتکستایل و جریان آب در هد 50 میلی متری آزمایش می شود. 

هیچ یک از اینها برای ژئوتکستایل های مورد استفاده در تاسیسات نسبتاً عمیق مشکلی ندارد، با این حال در کاربردهای کم عمق و/یا زمانی که نفوذ آب مورد نیاز است (مثلاً در یک غوطه ور)، این می تواند مشکل ساز باشد. به همین دلیل است که ABG برای همه کاربردها فقط از ژئوتکستایل هایی با هد شکست صفر استفاده می کند.

چگونه یک فیلتراسیون ژئوتکستایل غیر بافته تشکیل می شود

یک ژئوتکستایل به درستی طراحی شده با درجه بندی خاک به برخی از ذرات خاک اجازه عبور از ژئوتکستایل را می دهد. به این ترتیب، ژئوتکستایل یک ناحیه فیلتر در داخل خاک مجاور ژئوتکستایل ایجاد می کند، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. آب نسبتاً پر انرژی نزدیک به ژئوتکستایل، ذرات ریز و متوسط ​​را از ژئوتکستایل عبور می دهد (این تغییر رنگ جزئی را توضیح می دهد. آب در 3 تا 4 هفته اول). 

کمی دورتر آب انرژی کمتری دارد و فقط می تواند ذرات ریز را جابجا کند. دوباره دورتر شده و خاک دست نخورده است. آنچه باقی می ماند یک ناحیه فیلتر درجه بندی شده در خاک با ذرات درشت، سپس درشت و متوسط ​​و در نهایت درشت، متوسط ​​و ریز است.

آیا فیلتراسیون ژئوتکستایل مسدود می شوند؟

همه فیلترها تا حدی مسدود می شوند، چه فیلتراسیون ژئوتکستایل یا هر ماده دیگری (مثلاً سنگ). با این حال، همانطور که قبلا ذکر شد، ژئوتکستایل های فیلتر بسیار نفوذپذیرتر از خاک هستند – اجازه می دهند حداقل 1000 برابر بیشتر از خاک های معمولی جریان آب داشته باشند. حتی اگر یک ژئوتکستایل 99 درصد ظرفیت جریان خود را از دست بدهد، باز هم جریان کافی را فراهم می کند. 

بنابراین به جای اینکه بپرسید “آیا در نهایت مسدود می شود؟” یک سوال ادراکی تر این است که “آیا بیش از حد مسدود می شود؟” پاسخ به این سوال به شرایط سایت بستگی دارد.

شرایط مشترک

در شرایط معمول، ژئوتکستایل های فیلتر با کیفیت خوب بیش از حد مسدود نمی شوند. شرایط معمول زمانی است که شرایط خاک و آب در هیچ یک از دسته های زیر قرار نمی گیرد.

 این توسط مطالعات موردی متعدد و آزمایش‌های آزمایشگاهی مانند (فنین، 2010؛ گیرود، لوتیچ، ریچاردسون و ژائو، 2002؛ کوئرنر، 2012) پشتیبانی می‌شود. یک ژئوتکستایل فیلتر با کیفیت خوب، ژئوتکستایلی است که با استاندارد BS 8661:2019 مطابقت داشته باشد.

شرایط غیر معمول

تجربه نشان می‌دهد که شرایط زیر نگرانی‌هایی را در مورد کاربرد فیلتر ژئوتکستایل ایجاد می‌کند و در واقع مشکلاتی را برای سنگ فیلتر سنتی ایجاد می‌کند (Koerner, 2012):

• خاکهای با دانه بندی ضعیف (یعنی همه ذرات خاک تقریباً به یک اندازه هستند) خاک های ریز و بدون چسبندگی مانند لس، آرد سنگ، PFA و ریزه کاری های معدن سنگ.
• رس های پراکنده که در طول زمان به ذرات ریز منفرد جدا می شوند (اکثر رس ها این کار را انجام نمی دهند).
• خاکهای بدون چسبندگی با توزیع اندازه ذرات نامنظم (بر اساس شکاف)، همراه با جریان آب با انرژی بالا.
• آب های زیرزمینی بسیار قلیایی که در آن آهسته شدن مایع در جریان ژئوتکستایل می تواند باعث رسوب کلسیم، سدیم یا منیزیم شود.
• مایعات با حجم بالایی از مواد جامد معلق مانند آب رودخانه کدر یا آب لایروبی، یا همراه با محتوای میکروارگانیسم بالا، مانند بسترهای فیلتر بیوراکتور، معادن قدیمی که اخرای نارنجی و ضایعات کشاورزی را تخلیه می کنند.
• موقعیت‌های مربوط به آب با انرژی بالا و یا جریان‌های آب برگشت‌پذیر مانند مناطق جزر و مدی یا کاربردهای ساحلی.

در این مواقع باید مشاوره تخصصی در مورد مناسب ترین گزینه برای ارائه فیلتراسیون ژئوتکستایل دریافت شود. در اکثر این شرایط، انتخاب ژئوتکستایل های تخصصی عملکرد فیلتراسیون خوبی را ارائه می دهد. در شرایط دیگر ممکن است ژئوتکستایل مسدود شود و در نتیجه طول عمر ژئوتکستایل کاهش یابد و تعویض مکرر آن ضروری باشد.

نتیجه

در شرایط معمول خاک، ژئوتکستایل های فیلتری با کیفیت خوب که مطابق با BS 8661:2019 انتخاب شده اند، عملکرد فیلتراسیون طولانی مدت خوبی را حفظ خواهند کرد. در شرایط غیر معمول (مانند مواردی که در بالا ذکر شد) توصیه های متخصص باید در مورد مناسب ترین گزینه برای ارائه فیلتراسیون ژئوتکستایل به دست آید.